JP6010349B2 - Dyeing method and dyeing apparatus - Google Patents
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Description
本発明はレーザ光を用いて透明樹脂、特にプラスチックレンズを染色する方法、及び該方法に用いる染色装置に関するものである。 The present invention relates to a method for dyeing a transparent resin, particularly a plastic lens, using laser light, and a dyeing apparatus used in the method.
従来、プラスチックレンズ等の透明樹脂を染色する方法として、レンズを染色液の中に所定時間浸漬してレンズを染色する方法(浸染法)が知られている。この方法は従来から用いられているものであるが、作業環境が良くないこと、高屈折率のレンズには染色を行うことが困難であることが問題となっていた。そこで本出願人はインクジェットプリンタを用いて、昇華性染料を含有する染色用インクを紙等の基体上に塗布(出力)させ、これを真空中でレンズと非接触に置き、昇華性染料をレンズ側に飛ばして染色を行う方法(以下 気相転写染色方法と記す)による染色方法を提案した(例えば、特許文献1参照)。この方法では、オーブン内でレンズ全体を加熱することにより、染料をレンズ表面に定着させている。 Conventionally, as a method for dyeing a transparent resin such as a plastic lens, a method for dyeing a lens by immersing the lens in a dyeing solution for a predetermined time (a dyeing method) is known. Although this method has been used conventionally, there have been problems in that the working environment is not good and it is difficult to dye a lens having a high refractive index. Therefore, the present applicant uses an ink jet printer to apply (output) dyeing ink containing a sublimation dye onto a substrate such as paper and place it in a vacuum in a non-contact manner with the lens. A dyeing method using a method of dyeing by skipping to the side (hereinafter referred to as a gas phase transfer dyeing method) has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this method, the dye is fixed on the lens surface by heating the entire lens in an oven.
また、このような気相転写染色方法では定着に必要とする加熱温度が高いとレンズが黄変してしまう場合があり、このような問題を解決するために、レーザ光を用いてレンズ表面を部分的に加熱し、染料を定着させる方法を提案した(特許文献2参照)。 In addition, in such a gas phase transfer dyeing method, the lens may turn yellow if the heating temperature required for fixing is high. To solve such a problem, the lens surface is used with laser light. A method of fixing the dye by partially heating was proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献2に記載のレーザによる染色方法は、レンズ全体に高い温度を加えない分、黄変の発生が抑えられるものの色ムラが生じやすいという問題が新たに生じやすいことが判った。 However, it has been found that the laser dyeing method described in Patent Document 2 is likely to cause a new problem that color unevenness is likely to occur although yellowing can be suppressed as much as high temperature is not applied to the entire lens.
上記従来技術の問題点に鑑み、色ムラの発生を抑制しつつプラスチックレンズ等の透明樹脂を好適に染色することのできるレーザ光を用いた染色方法及び染色装置を提供することを技術課題とする。 In view of the above-described problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a dyeing method and dyeing apparatus using laser light that can suitably dye a transparent resin such as a plastic lens while suppressing occurrence of color unevenness. .
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) 表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体に定着させる染色方法において、表面に染料が塗布された前記透明樹脂体に向けてレーザ光を照射し、該レーザ光を前記透明樹脂体に対して相対的に走査することにより前記透明樹脂体の染色予定領域を加熱して前記定着を行う加熱工程であって,該加熱工程は前記レーザ光の照射による前記透明樹脂体上の加熱温度が前記染色予定領域の全域において略同じ加熱温度となるように前記透明樹脂体上の加熱箇所に対するレーザ光照射条件を変更させながら加熱を行う工程を含むことを特徴とする。
(2) (1)に記載の染色方法において、前記加熱工程は前記レーザ光が照射されている透明樹脂体上の加熱温度を検出し,該検出結果に基づいてレーザ光照射条件を変更させることを特徴とする。
(3) (1)に記載の染色方法において、前記加熱工程は前記透明樹脂体の前記染色予定領域における肉厚が厚い第1の領域に対して第1のレーザ光照射条件で照射するとともに前記第1領域の肉厚に対して相対的に薄い肉厚の領域となる第2の領域では前記第1レーザ光照射条件とは異なる第2のレーザ光照射条件にて前記レーザ光を照射して加熱を行うことを特徴とする。
(4) 表面に染料が塗布された透明樹脂体を加熱することにより、該染料を該透明樹脂体に定着させる染色装置において、前記透明樹脂体に向けてレーザ光を照射するためのレーザ光照射手段と、該レーザ光照射手段により照射される前記レーザ光を前記透明樹脂体に対して相対的に走査するための走査手段と、前記透明樹脂体の染色予定領域に対して前記走査手段による相対的な前記レーザ光の走査が行われている間に前記レーザ光の照射による前記透明樹脂体上の加熱温度が前記染色予定領域の全域において略同じ加熱温度となるように前記透明樹脂体上の加熱箇所に対するレーザ光照射条件を変更して前記レーザ光を照射させるように制御するための制御手段と、を備えることを特徴とする。
(5) (4)の染色装置は、さらに前記レーザ光が照射される前記透明樹脂体上の加熱温度を検出するための検出手段を備え、前記制御手段は前記検出手段による加熱温度の検出に基づいて前記レーザ光照射条件を変更することを特徴とする。
(6) (4)の染色装置において、前記制御手段は、前記透明樹脂体の厚みの変化に応じて前記レーザ光照射条件を変更することを特徴とする。
(1) In a dyeing method for fixing a dye on the transparent resin body by heating the transparent resin body on which the dye is applied, a laser beam is directed toward the transparent resin body on which the dye is applied on the surface. Irradiating and scanning the laser light relative to the transparent resin body to heat the area to be dyed of the transparent resin body to fix the heating, the heating process comprising the laser light Heating while changing the laser light irradiation conditions for the heating location on the transparent resin body so that the heating temperature on the transparent resin body by the irradiation of is substantially the same heating temperature over the entire region to be dyed It is characterized by that.
(2) In the staining method according to (1), the heating step detects a heating temperature on the transparent resin body irradiated with the laser beam, and changes the laser beam irradiation condition based on the detection result. It is characterized by.
(3) In the dyeing method according to (1), the heating step irradiates the first region of the transparent resin body having a large thickness in the region to be dyed with a first laser light irradiation condition. In the second region, which is a relatively thin region with respect to the thickness of the first region, the laser beam is irradiated under a second laser beam irradiation condition different from the first laser beam irradiation condition. Heating is performed.
(4) Laser light irradiation for irradiating the transparent resin body with laser light in a dyeing apparatus for fixing the dye to the transparent resin body by heating the transparent resin body coated with the dye on the surface Means, scanning means for scanning the laser light irradiated by the laser light irradiation means relative to the transparent resin body, and relative to the staining region of the transparent resin body by the scanning means While the scanning of the laser beam is being performed, the heating temperature on the transparent resin body due to the irradiation of the laser light is substantially the same over the entire region to be dyed. And a control means for controlling to irradiate the laser beam by changing the laser beam irradiation condition for the heated portion.
(5) The staining apparatus according to (4) further includes detection means for detecting a heating temperature on the transparent resin body irradiated with the laser beam, and the control means detects the heating temperature by the detection means. Based on the above, the laser light irradiation condition is changed.
(6) in the dyeing device (4), before Symbol control means, and changing the laser irradiation conditions in accordance with a change in thickness of the transparent resin body.
本発明によれば、プラスチックレンズ等の透明樹脂体を好適に染色することができる。 According to this invention, transparent resin bodies, such as a plastic lens, can be dye | stained suitably.
以下、本発明の実施の形態を図面を参考にしつつ説明する。図1は本発明のレーザ光を用いた染色方法に使用される染色システムの概略図、図2は染色用装置の概略構成を示した図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a staining system used in a staining method using laser light of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a staining apparatus.
染色システムは、染色用の基体を作成するための染色用基体作成装置100、染色用基体に塗布された染料を被染色物となるプラスチックレンズ10(本実施形態では、透明樹脂としてプラスチックレンズを用いる)に昇華性染料を蒸着(転写)させるための真空気相転写機20、昇華性染料が蒸着したプラスチックレンズ10にレーザ光を照射し染色を行うための染色装置30からなる。
The dyeing system includes a dyeing
染色用基体作成装置100は、モニタ101、パーソナルコンピュータ(以下、PCと略す)102、インクジェットプリンタ103等から構成される。104はキーボード、マウス等のPCを操作するための操作部である。PC102は、ハードディスクに記憶されている染色用基体作成用プログラムを実行してインクジェットプリンタ103から染色
用基体1を出力させるために用いられる。なお、PC102のハードディスクには、プラスチックレンズを染色するための染色用基体を作成するための染色用基体作成ソフトのプログラムの他に、プラスチックレンズの各種基材情報、基体に塗布するための染色用インクの色データ等が記憶されている。
The dyeing
染色用基体1は、インクジェットプリンタ103に使用可能な紙等の媒体に所定の形状にて染色用インクが塗布(出力)されたものである。なお、染色用基体1の熱の吸収効率を上げるために、裏面(印刷を行わない面)の全域が黒色となっているものが使用される。
The dyeing substrate 1 is obtained by applying (outputting) dyeing ink in a predetermined shape to a medium such as paper that can be used in the
また、インクジェットプリンタ103に用いられる染色用インクは、少なくとも赤、青、黄、の計3色が用いられる。染色用インク中に含有される染料は昇華性を有しつつ、昇華時の熱に耐えうる染料を使用する必要がある。さらにプラスチックレンズへ染料が蒸着したあと、発色作業を行い染料をプラスチックレンズへ定着させたときに染色がムラのない状態にてプラスチックレンズに行われている必要がある。これらの点を考慮した場合、染料としてはキノフタロン系昇華性染料またはアントラキノン系昇華性染料が好適に用いられる。
In addition, the dyeing ink used in the
図1に示す真空気層転写機20には、プラスチックレンズ10や前述した染色用基体1等を出し入れするための図示無き開閉扉が設けられている。真空気相転写機20内の上部には、染色用基体1を熱して染料を昇華させるための熱源としての加熱ランプ21が設置される。本実施形態で使用される加熱ランプ21はハロゲンランプを使用しているが、染色用基体1と非接触にて加熱が可能なものであればこれに限るものではない。また、真空気相転写機20の床部には、染色用治具200が置かれ、この染色用治具200にプラスチックレンズ10や染色用基体1を取り付ける。また、22はロータリーポンプであり、真空気相転写機20内をほぼ真空にさせるために使用する。23はリークバルブであり、このバルブを開くことで、ほぼ真空になった真空気相転写機20内に外気を入れ、大気圧に戻すものである。染色用治具200はレンズ10(染色予定面)と染色用基体1(インク塗布面)とを非接触にて向き合うように保持する。
The vacuum gas
なお、使用されるプラスチックレンズ10の材質は、ポリカーボネート系樹脂(例えば、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体(CR−39))、ポリウレタン系樹脂、アリル系樹脂(例えば、アリルジグリコールカーボネート及びその共重合体、ジアリルフタレート及びその共重合体)、フマル酸系樹脂(例えば、ベンジルフマレート共重合体)、スチレン系樹脂、ポリメチルアクリレート系樹脂、繊維系樹脂(例えば、セルロースプロピオネート)、さらにはチオウレタン系やチオエポキシ系等の高屈折率の材料や、その他従来、染色性に劣るとされた高屈折率材料等を用いることができる。また、このようなプラスチックレンズの染色予定面側にハードコート等、所定のコーティングが施されたレンズを用いることもできる。レンズにコーティングが施されている場合には、コート層の上に染料を蒸着(塗布)させることによりレンズ表面に染料を付ければよい。
The
また、染色装置30は真空気相転写機20にて昇華性染料がついたプラスチックレンズ10にレーザ光を照射して所定温度で加熱し、染料を定着、発色させるために用いられる。
Further, the
図2は染色装置30の構成を示した概略図である。
染色装置30は、レーザ光を出射する装置本体31と移動ステージ32からなる。装置本体31は、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源33、反射ミラー36、レンズ37、移動ステージ32、駆動機構38、制御部39、コントロール部40、記憶部41等を備える。
FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the
The
レーザ光源33は赤外域の波長のレーザ光を出射する。本実施形態では波長10.2〜10.8μmのCO2レーザ光を出射する光源を用いているが、これに限るものではなく
、透明樹脂体(ここではプラスチックレンズ)の基材に吸収可能な赤外域の波長、または紫外域(近紫外を含む)の波長のレーザ光を出射するものであれば使用可能である。また、染料に加えて赤外線吸収剤や紫外線吸収剤をレンズに載せて(塗布、蒸着)おき、レーザ光を吸収剤に吸収させることにより基材を加熱することも可能である。なお、吸収剤を用いる場合には基材に対して染料、吸収剤の順番に積層されることが好ましい
レーザ光源33から出射したレーザ光は、反射ミラー36により折り曲げられた後、レンズ37を通過し集光される。本実施形態ではレーザ光源から直径3.8mm程度のレーザ光を出射する。なお、本実施形態ではレンズ37を通過した後、プラスチックレンズ10の表面で直径約10mm〜35mm程度となるようにデフォーカスされている。デフォーカスによるプラスチックレンズ上のレーザ光の径は、これに限るものではなく、生産性や照射エネルギーを考慮して適宜決定させればよい。例えばプラスチックレンズ上でレーザ光のスポット径が5mm以上50mm以下程度が好ましく、より好ましくは10mm以上40mm以下程度である。また、シリンドリカルレンズ等を用いてレーザ光をライン状に形成することも可能である。
The
デフォーカスされるレーザ光の照射先には、移動ステージ32が上下前後左右方向(水平方向、及び垂直方向)に移動可能に設置されている。移動ステージ32は駆動機構38の駆動によって移動され、その移動量や移動方向は図示無き検出手段により常時検出されている。駆動機構38の駆動制御は制御部39によって行われ、その制御情報(移動方向や移動速度)は、図示無きスイッチ類が用意されたコントロール部(条件設定部)40により設定される。移動ステージ32上には、載置台11が固定的に置かれ、昇華性染料が蒸着されたプラスチックレンズ10がその蒸着面(染色予定面)を上向きにして置かれる。載置台11は移動ステージ32上に固定的に置かれており、移動ステージ32に対する位置関係は予め判っている。したがって、載置台11上にプラスチックレンズが載せられている状態において、移動ステージ32が駆動していても、制御部39はプラスチックレンズに対するレーザ光の照射位置を常時検出可能とされている。なお、コントロール部40は、レーザ光の出力や移動ステージの移動速度等も設定することができる。また、記憶部41には各種プラスチックレンズの識別情報と、各種プラスチックレンズを好適に染色するために必要なレーザ照射条件(例えば、走査位置に基づいた出力条件や走査速度条件等、)が設定情報として、レンズの識別情報に各々対応付けられて予め記憶されている。染色装置30を用いてプラスチックレンズ10を染色する場合には、染色しようとするプラスチックレンズの種類(識別情報)を、コントロール部40を用いて選択する。制御部39は選択された識別情報に対応する設定情報(レーザ光照射条件)を記憶部41から呼び出し、呼び出された設定情報に基づいて、レーザ光源33や駆動機構38を制御する。
A moving
本発明者らは鋭意研究の結果、プラスチックレンズにはプラスレンズ、マイナスレンズ等、レンズ周辺領域の肉厚(厚み)と中心付近の肉厚が異なっている場合、このような肉厚の変化を考慮せずに染料が蒸着されているプラスチックレンズの全領域(染色予定面)に対して一定の出力条件にてレーザ光の照射を行った場合、色ムラが発生しやすいことが判った。このような現象は肉厚が薄い部分ではレーザ光による熱の拡散が行われ難く、染料が再昇華してしまい、レンズ表面に定着し難くなっているものと思われる。したがってレンズに蒸着した染料がレンズ素材に対して物理的,或いは化学的に結合するのに必要な定着温度を確保しつつ、染料が昇華してしまう温度以下となるレーザ光の出力条件がレンズの表面全域において必要となる。このためにはレーザ光の照射によるレンズ表面の加熱温度が染色予定領域の全域において略同じ加熱温度(表面温度)となるように、プラスチックレンズ上の加熱箇所に対するレーザ光の照射条件を適宜変更させる必要がある。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that when the thickness (thickness) of the lens peripheral region and the thickness near the center of a plastic lens, such as a plus lens and a minus lens, differ, It has been found that color unevenness is likely to occur when laser light irradiation is performed under a certain output condition on the entire region (scheduled dyeing surface) of the plastic lens on which the dye is deposited without consideration. Such a phenomenon is considered that heat diffusion by the laser beam is difficult to be performed in a thin portion, and the dye is sublimated again, so that it is difficult to fix on the lens surface. Therefore, the output condition of the laser beam that is below the temperature at which the dye sublimates is ensured while ensuring the fixing temperature necessary for the dye deposited on the lens to be physically or chemically bonded to the lens material. Required across the entire surface. For this purpose, the irradiation condition of the laser beam to the heating spot on the plastic lens is appropriately changed so that the heating temperature of the lens surface by the irradiation of the laser beam becomes substantially the same heating temperature (surface temperature) in the entire region to be dyed. There is a need.
このため本発明では、例えば周辺と中心とで肉厚が変わるような各種のプラスチックレンズに対しては、その領域に応じてレーザ光の出力条件を変えることにより、色ムラを抑制するものとしている。より具体的には、周辺から中心に向うに従って肉厚が大きく変化するようなプラスチックレンズに対して同一色で染色予定面全域を染色しようとする場合には、中心から所定領域内に位置する領域(中心領域)と、中心領域の外側となる領域(
周辺領域)との少なくとも2領域に分け、レーザ光が照射される領域が中心領域である場合と周辺領域である場合とに応じて、レーザ光の走査速度、及びレーザ光の照射出力の少なくとも一方を変えるようにレーザ光の出力条件を変えておく。例えば、中心領域の肉厚が周辺領域の肉厚よりも薄い場合には、周辺領域でのレーザ光走査速度に対して中心領域におけるレーザ光の走査速度を早くする、或いは周辺領域でのレーザ光出力値に対して中心領域におけるレーザ光の出力値を低くなるようにする。なお、中心領域は円形状であっても他の形状(例えば矩形状)であってもよい。本実施形態ではレンズ中心を領域中心として所定範囲(例えば30mm×30mm)を中心領域(矩形状)として定めている。
For this reason, in the present invention, for various plastic lenses whose thickness varies between the periphery and the center, for example, the color unevenness is suppressed by changing the laser light output condition according to the region. . More specifically, when trying to dye the entire area to be dyed with the same color for a plastic lens whose thickness varies greatly from the periphery toward the center, an area located within a predetermined area from the center (Center area) and the area outside the center area (
At least one of the scanning speed of the laser beam and the irradiation output of the laser beam depending on whether the region irradiated with the laser beam is the central region or the peripheral region. The output condition of the laser beam is changed so as to change. For example, when the thickness of the central region is smaller than the thickness of the peripheral region, the scanning speed of the laser light in the central region is made faster than the scanning speed of the laser light in the peripheral region, or the laser light in the peripheral region The output value of the laser beam in the central region is made lower than the output value. The central region may be circular or other shape (for example, rectangular shape). In the present embodiment, a predetermined range (for example, 30 mm × 30 mm) is defined as the central region (rectangular shape) with the lens center as the region center.
このように異なる領域に対してレーザ光の照射条件を変化させる場合、その変化の程度はプラスチックレンズの所定範囲内における色濃度差(或いは透過率差)が、好ましくは10%程度以内となるように各領域におけるレーザ光照射条件を求めておけばよい。色濃度を比較するための範囲としては、例えばレンズ中心から半径30mm以内を比較範囲とすることができる。色濃度差が10%程度以内であれば目視による色ムラの判別は行い難く、現実的な問題は生じにくい。このようなレーザ光照射条件は、例えば所定の種類毎のプラスチックレンズに対して実験的に求めておくことができる。なお、プラスチックレンズ上の加熱箇所におけるレーザ光の照射条件を変更する形態としては、レーザ光源を制御してレーザ光の出力を調整すること以外に、レーザ光の出力は一定としてプラスチックレンズに向かうレーザ光を減衰させるための少なくとも1種類のフィルタをレーザ光の光路上に適宜挿脱することも可能である。 When the laser light irradiation conditions are changed in such different areas, the degree of change is such that the color density difference (or transmittance difference) within a predetermined range of the plastic lens is preferably within about 10%. In addition, the laser beam irradiation conditions in each region may be obtained. As a range for comparing the color densities, for example, a radius within 30 mm from the lens center can be set as the comparison range. If the color density difference is within about 10%, it is difficult to discriminate color unevenness visually, and a practical problem is unlikely to occur. Such laser light irradiation conditions can be obtained experimentally for a predetermined type of plastic lens, for example. In addition, as a form to change the irradiation condition of the laser beam at the heating location on the plastic lens, the laser beam output is constant and the laser beam is directed toward the plastic lens, other than adjusting the laser beam output by controlling the laser light source. It is also possible to insert / remove at least one type of filter for attenuating light appropriately on the optical path of the laser beam.
また、本実施形態ではプラスチックレンズの染色予定面に対して2領域に分けて各々異なるレーザ光照射条件を適用するものとしているが、これに限るものではなく、3領域以上等、肉厚の変化に応じて複数の領域を設定して、全染色領域における色濃度差が10%程度以内となるように各領域に対して各々異なるレーザ光照射条件を決定すればよい。また、段階的な領域設定(条件設定)ではなく、肉厚の変化に応じて連続的(線形的,非線形的を含む)にレーザ光照射条件を変えていくことも可能である。 In the present embodiment, the laser lens irradiation condition is applied to each of the two areas of the plastic lens to be dyed. However, the present invention is not limited to this. A plurality of regions may be set according to the above, and different laser light irradiation conditions may be determined for each region so that the color density difference in all the stained regions is within about 10%. In addition, it is also possible to change the laser light irradiation conditions continuously (including linear and non-linear) according to the change in thickness, instead of stepwise region setting (condition setting).
本発明は昇華性染料をレーザ光により加熱するのではなく、レーザ光を基材に対して照射し、基材(プラスチックレンズ)の表面を溶融しない程度に加熱し、高分子の分子構造がゆるみ染料が浸透しやすくなる状態として、昇華性染料が持つ基材への親和性により基材内部に昇華性染料を取り込み定着、発色させるものである。したがって、レーザ光の出力は、プラスチックレンズが溶融しない温度であって、且つ基材を構成する高分子の分子構造がゆるむのに必要な温度となるように、レーザ光による染色予定面への単位面積辺りの照射エネルギ密度が決定されている。このような照射エネルギ密度の調節は、コントロール部40によってレーザ光源33から出射するレーザ光の出力を調節する他に、プラスチックレンズに対するレーザ光の走査速度やデフォーカスによっても行うことが可能である。また、レーザ光をレンズ表面にラインフォーカス或いはデフォーカスさせて走査を行う場合には、加熱による染料の昇華がない程度の照射エネルギーで1回の走査を行うと共に、1走査にて染料の定着(完全な定着)が行えない場合には走査ラインを繰り返し重ねながら、少しずつ走査ラインをずらすように走査することにより、染料の定着に必要な照射エネルギーをレンズ側に与えることができる。
In the present invention, the sublimation dye is not heated by the laser beam, but the laser beam is irradiated to the substrate to heat the surface of the substrate (plastic lens) so as not to melt, and the molecular structure of the polymer is loosened. As a state in which the dye is likely to permeate, the sublimable dye is taken into the substrate and fixed and colored by the affinity of the sublimable dye to the substrate. Therefore, the output of the laser beam is a unit at the surface to be dyed by the laser beam so that the temperature at which the plastic lens does not melt and the temperature necessary to loosen the molecular structure of the polymer constituting the substrate. The irradiation energy density around the area is determined. Such adjustment of the irradiation energy density can be performed not only by adjusting the output of the laser light emitted from the
さらに、本実施形態ではレーザ光を走査せず、レンズ側を移動させることにより、染色予定面に対してレーザ光を走査するものとしているが、これに限るものではなく、ガルバノミラー等からなるレーザ光走査手段を用いて、プラスチックレンズに対してレーザ光を走査する等、レンズに対して相対的にレーザ光が走査できればよい。 Further, in this embodiment, the laser beam is scanned with respect to the surface to be dyed by moving the lens side without scanning the laser beam. However, the present invention is not limited to this, and a laser including a galvanometer mirror or the like is used. What is necessary is just to be able to scan a laser beam relatively with respect to a lens, such as scanning a laser beam with respect to a plastic lens using an optical scanning means.
以下、プラスチックレンズ10の染色方法の作用を説明する。なお、ここで用いるプラスチックレンズは、マイナス度数を持ったメニスカスレンズであり、レンズ周辺の肉厚に対して中心付近の肉厚が薄くなっているものとする。
Hereinafter, the operation of the dyeing method for the
図2に示すように、プラスチックレンズ10は、その表面に昇華性染料が均一に塗布された状態で、昇華性染料が塗布された面を上向きにして、載置台11に置かれる。次に、
プラスチックレンズ10の昇華性染料塗布面に、CO2レーザ光を照射する。CO2レーザ光はパワーが強すぎるので、レーザ光をレンズ37を介することにより一旦集光させた後、プラスチックレンズ表面でデフォーカスさせている。これにより、照射されるスポット光は広がりを持ち、光の密度が弱められている。また、図示なき検出手段を用いることにより、駆動機構38による移動ステージ32(載置台11)の移動位置は常に制御部39に把握されており、載置台11上に置かれた既知の大きさのプラスチックレンズに対するレーザ光の照射位置は検出可能となっている。
As shown in FIG. 2, the
The sublimation dye application surface of the
図3にレーザ光のスキャン方法を示す。プラスチックレンズ10は、直径100mm程度であり、厚さ(肉厚)は中心付近の薄い箇所で2mm、レンズ周辺の厚い箇所で8mmであり、各部で異なっている。プラスチックレンズ10の表面には、昇華性染料が塗布されている。本実施の形態では、肉厚が厚い周辺領域を第1領域10aとし、肉厚が相対的に薄い中心領域を第2領域10bとしている。なお、ここではレンズ中心を中心領域の中心として、30mm×30mmの矩形状の範囲を第2領域10bとした。
FIG. 3 shows a laser beam scanning method. The
移動ステージをXY(前後左右)方向に移動させることにより、図3に示すように、第1スキャン、折り返して第2スキャン、また折り返して第3スキャンを行っている。第1スキャンと第2スキャンとでは、2mm横方向(紙面下方向)に移動させているので、例えばレーザ光のスポット径が10mmだとすれば、第1スキャンと第2スキャンとでは、8mm重なりをもたせていることとなる。以下のスキャンも同様である。各スキャンは、プラスチックレンズ10の全領域を被うようにしている。
By moving the moving stage in the XY (front / rear / left / right) direction, as shown in FIG. 3, the first scan, the folded second scan, and the folded third scan are performed. Since the first scan and the second scan are moved 2 mm laterally (downward on the paper surface), for example, if the spot diameter of the laser beam is 10 mm, the first scan and the second scan have an overlap of 8 mm. It will be given. The same applies to the following scans. Each scan covers the entire area of the
制御部39は、プラスチックレンズ10上の第1領域10aの範囲をレーザ光がスキャンしている状態(例えば第1スキャン,第2スキャン)では、所定のスキャン速度となるように移動ステージ38を駆動制御している。一方、第3スキャンのように走査ライン上に第1領域10aと第2領域10bとが現れる場合には、制御部39は第1領域10a上におけるスキャン速度よりも早い速度にて第2領域10b上をスキャンするように移動ステージ38を駆動制御する。
The
レーザ光源33はCO2レーザであり、波長は10.2〜10.8μmである。この波長は、赤外光であり、昇華性染料は、この波長の光をほとんど吸収しない。本実施の形態では、プラスチックレンズ10の材料として、チオウレタン系やチオエポキシ系等の高い屈折率を持つ材料を使用している。本実施の形態で用いられるプラスチックレンズ10の材料は、10.2〜10.8μmの波長を50〜90%程度吸収する。
The
CO2レーザ光は、染料に吸収されにくく、プラスチックレンズ10に吸収されるので、プラスチックレンズ10の表面のみを加熱して、樹脂の高分子の分子構造を緩くして、高分子の分子構造が緩んだ部分に昇華性の分散染料を拡散させることにより、分散染料をプラスチックレンズ10の表面に定着させることができる。また、肉厚の異なる領域においてスキャン速度を変える制御を行うことにより、染料の定着を染色予定面全体において同程度に保つことができ色ムラの発生を抑えることができる。
Since the CO2 laser light is not easily absorbed by the dye and is absorbed by the
なお、透明樹脂体は1.60以上の高い屈折率を有するプラスチックレンズである。従来のオーブン加熱による染色法では、1.60以上の屈折率をもつ、例えばチオウレタン系やチオエポキシ系樹脂製のプラスチックレンズを染色するのは困難であり、140℃以上で2時間以上加熱しなければ十分な濃度で染色することができなかった。しかし、作業性を考えた場合、短時間での染色が必要であり150℃以上の更に高い温度にすることにより短時間での染色は可能になるが、レンズ全体が黄変したり、レンズの変形が起きてしまう。なお、本実施の形態ではレンズ面に染料を載せる(塗布する)方法として真空中にて昇華性染料を加熱してレンズに染料を蒸着させる方法を用いたが、これに限るものではない。例えば、大気圧中にて昇華性染料を昇華させ、レンズ面に蒸着させても良いし、スピンコート法等にてレンズ面に染料を塗布することも可能である。 The transparent resin body is a plastic lens having a high refractive index of 1.60 or more. In the conventional dyeing method by oven heating, it is difficult to dye plastic lenses made of, for example, thiourethane or thioepoxy resin having a refractive index of 1.60 or more, and it must be heated at 140 ° C. or more for 2 hours or more. However, it was not possible to stain at a sufficient concentration. However, in consideration of workability, dyeing in a short time is necessary, and it is possible to dye in a short time by setting the temperature to 150 ° C. or higher. However, the entire lens turns yellow, Deformation will occur. In this embodiment, as a method of placing (applying) the dye on the lens surface, a method of heating the sublimable dye in vacuum and depositing the dye on the lens is used, but the present invention is not limited to this. For example, a sublimable dye may be sublimated in the atmospheric pressure and deposited on the lens surface, or the dye may be applied to the lens surface by a spin coat method or the like.
なお、上述した実施形態では、レーザ光の照射位置におけるレンズの厚みによってレーザ光の照射条件(例えば、レーザ光の出力や相対的な走査速度)を変更させるものとしたが、これに限るものではない。レーザ光によるレンズ上の加熱温度が染色予定領域の全域において略同じ加熱温度となるようにレーザ光の照射条件を適宜変えてレーザ光を照射するように制御できればよい。なお、本実施形態において略同じ加熱温度とは、均一な色濃度による染色を目的としたときに、色ムラが目視で確認できない程度となるような加熱温度のバラツキを含むものである。より具体的には、プラスチックレンズの染色予定面における所定範囲内における色濃度差(或いは透過率差)が、好ましくは10%程度以内となるような加熱温度のバラツキを含むものである。以下に他の実施形態を説明する。 In the above-described embodiment, the laser light irradiation conditions (for example, laser light output and relative scanning speed) are changed depending on the thickness of the lens at the laser light irradiation position. Absent. It is only necessary that the laser light irradiation conditions can be appropriately changed so that the laser light is irradiated so that the heating temperature on the lens by the laser light becomes substantially the same heating temperature in the entire region to be dyed. In the present embodiment, substantially the same heating temperature includes variations in heating temperature at which color unevenness cannot be visually confirmed when dyeing with a uniform color density is intended. More specifically, it includes variations in heating temperature such that the color density difference (or transmittance difference) within a predetermined range on the planned dyeing surface of the plastic lens is preferably within about 10%. Other embodiments will be described below.
図4,及び図5は第2の実施形態に用いられる染色装置の概略図を示す。なお、図2に示す染色装置と同じ符号が付されている構成部材は、前述した実施形態の染色装置と同じ機能を持つ構成部材として詳細な説明は省略する。図4では、図2に示した染色装置30において、レンズ10に対するレーザ光の照射位置の加熱温度(レンズ表面温度)を非接触で検出(測定)するための検出手段となる非接触温度計50が新たに設けられている。非接触温度計は例えば物体からの赤外線や可視光線の強度を測定して物体の温度を測定する放射温度計を好適に用いることができる。図示するように、非接触温度計50はレンズ10上におけるレーザ光の照射位置(加熱箇所)を斜め上方から検出できるように設置されている。より好ましくは非接触温度計50の測定軸(点線)とレーザ光の光軸とが所定角度で交差するように非接触温度計が設置され、この交差点がレンズ10上に位置するようにレンズ10の高さ位置が設定されている。
4 and 5 are schematic views of a staining apparatus used in the second embodiment. In addition, the detailed description is abbreviate | omitted as a structural member which has the same code | symbol as the dyeing apparatus shown in FIG. 2 as the dyeing apparatus of embodiment mentioned above. 4, in the
非接触温度計50は制御部39に接続されており、非接触温度計50による加熱温度の検出結果は制御部39に送信される。制御部39は受信した加熱温度の検出結果に基づいて、予め設定されている加熱温度が所定の範囲で維持できるようにレーザ照射条件を適宜変更し、レーザ光源33から出射されるレーザ光の出力を制御する。目標とする加熱温度の設定はコントロール部40を用いて予め設定される。加熱温度の設定は被染色物である透明樹脂体(ここではレンズ)の材料を考慮して、レンズ10に染料を定着させることが可能な加熱温度に設定される。加熱温度の設定は樹脂材料にもよるが、染料の定着に必要な加熱温度であって染料の再昇華が生じ難い温度で設定される。このような加熱温度は、好ましくは100℃乃至200℃、より好ましくは110℃乃至170℃の範囲である。なお、設定される加熱温度によってはレンズ10に付いている染料の一部が昇華してしまう可能性があるが、レンズの染色予定面の全域において略同じ加熱温度が維持できるため、染料の昇華はレンズの照射位置によらず同じ程度となり色ムラの発生は抑制される。
The
また、制御部39は、レンズ10のレーザ照射位置において設定された加熱温度によってレンズ10に染料が定着するのに必要な時間が十分与えられるように、移動ステージ38を駆動させる。なお、移動ステージ32による相対的なレーザ光の走査速度は、設定される加熱温度によらず固定であってもよいし、設定される加熱温度に対応付けて設定されてもよい。記憶部41に種々の樹脂材料に応じて異なる加熱温度や走査速度を設定するためのレーザ照射条件の情報を予め複数記憶させておき、レンズの種類(樹脂材料やレンズ形状)をコントロール部40にて指定することで対応するレーザ照射条件(例えば、加熱温度や走査速度)を記憶部41から呼び出して設定することもできる。
In addition, the
なお、本実施形態では設定された加熱温度を所定の範囲で維持できるようにレーザ光源から出射されるレーザ光の出力を調整するものとしているが、これに限るものではない。例えば、レーザ光の出力は一定とし、光学部材を用いてレーザ光のレンズ10上におけるデフォーカス状態を変化させたり、レーザ光をパルス状に照射させる等、他のレーザ照射条件を変更させることにより設定された加熱温度を維持できるようにすることも可能である。また、温度検出を行ってレーザ光の照射条件を適宜調整する場合には、レンズに対するレーザ光の相対的な走査方向を常に一定方向から行ってもよい。走査方向を常に同じ方向から行うことにより、レンズ上におけるレーザ光の照射位置と温度検出位置とがずれていても、往復運動による相対的なレーザ光の走査に比べ温度検出条件を同じ条件とすることができ、より安定した加熱温度の検出を行うことができる。さらに非接触温度計をレーザ光の照射位置に対して斜めから加熱温度を検出する場合には、レンズの測定位置に対する非接触温度計の測定光軸の角度がレーザ光の光軸の照射角度に近づくようにされていることが好ましい。
In the present embodiment, the output of the laser light emitted from the laser light source is adjusted so that the set heating temperature can be maintained within a predetermined range, but the present invention is not limited to this. For example, by changing the other laser irradiation conditions, such as changing the defocused state of the laser light on the
図5は図4に示した染色装置において、非接触温度計50の測定軸をレーザ光の光軸と同軸にした例を示す模式図である。図2に示す染色装置と同じ符号が付されている構成部材は、前述した実施形態の染色装置と同じ機能を持つ構成部材として詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which the measurement axis of the
レーザ光源33から出射されるレーザ光の光路上には非接触温度計50の測定軸をレーザ光の光軸と同軸にするためのミラー51が設けられている。ミラー51の設置位置は、レーザ光の光軸と同軸にできる位置であれば限定されないが、ミラーへのダメージを抑えるためにレーザ光の集光位置から外れた位置に設置されていることが、好ましい。本実施形態ではレンズ37によるレーザ光の集光位置とレンズ10との間の光路上に設置されている。ミラー51はレーザ光の波長を透過させ、他の波長を反射させる特性を持つダイクロイックミラーや、ハーフミラー、特定の波長を高反射させるレーザーミラー等を用いることができる。特に本実施形態では用いられるレーザ光の波長である10.2〜10.8μmの波長を透過させ、非接触温度計の測定帯域の波長(例えば、5μm)を反射させることのできるダイクロイックミラーを用いるものとしている。
On the optical path of the laser light emitted from the
レーザ光源33から出射されたレーザ光は、レンズ37により集光した後、ミラー51を透過し、デフォーカスな状態でレンズ10に照射される。照射されるレーザ光によりレンズ10の一部が加熱されると赤外線が発生する。非接触温度計50は、レンズ10に生じているレーザ光照射位置における特定波長の赤外光の強度をミラー51を介して測定し、加熱温度を検出する。制御部39はコントロール40にて予め設定された加熱温度と検出された加熱温度とが略同じ程度となるようにレーザ光源33を制御してレーザ光の出力の調整を逐次行う。このようなレーザ光の光軸と非接触温度計の測定軸とが同軸となった染色装置は、レンズ10のように曲面を持つ樹脂体における表面の加熱温度をより正確に測定することができる。
The laser light emitted from the
なお、レーザ光の反射光(散乱光)が非接触温度計に入射し検出結果に影響を及ぼす場合には、レーザ光の波長をカットし、他の波長を透過させるフィルタを非接触温度計の前方に設置することもできる。 When reflected light (scattered light) of laser light is incident on a non-contact thermometer and affects the detection result, a filter that cuts the wavelength of the laser light and transmits other wavelengths is used for the non-contact thermometer. It can also be installed in the front.
なお、上述した実施形態では透明樹脂体として被染色物としてプラスチックレンズを例に挙げ、説明したが、これに限るものではなく、板状の透明樹脂体や他の形状の透明樹脂体であっても本発明を適用することができることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the plastic lens is described as an example of the object to be dyed as the transparent resin body. However, the present invention is not limited to this, and is a plate-like transparent resin body or other shape transparent resin body. Needless to say, the present invention can also be applied.
次に、具体的な実施例について説明する。
<実施例1>
1.テスト条件
(1)プラスチックレンズ表面への染料の塗布 気相転写方式
(1−1)使用機材
プリンタ EPSON PX −6250S
インク ニデック製 TTS INK RED NK−1
ニデック製 TTS INK YELLOW NK−1
ニデック製 TTS INK BLUE NK−1
印刷ソフトウェア ニデック製 TTS−PS1.0
気相転写装置 TTM−1000
(1−2)印刷
転写用の紙にPX−6250Sを使って表1のデータ(青色)で印刷した。
Next, specific examples will be described.
<Example 1>
1. Test conditions (1) Dye application to plastic lens surface Vapor phase transfer method (1-1) Used equipment printer EPSON PX-6250S
INK NIDEK TTS INK RED NK-1
Made by NIDEK TTS INK YELLOW NK-1
Made by NIDEK TTS INK BLUE NK-1
Printing software NIDEK TTS-PS1.0
Vapor phase transfer device TTM-1000
(1-2) Printing was performed with the data (blue) in Table 1 using PX-6250S on a printing transfer paper.
(1−3)気相転写
印刷した転写紙とMR8レンズ(S−2.50)を治具にセットし、TTM−1000に入れて転写作業を行った。この時の条件は、真空度0.5kPa、転写紙の温度は225℃。MR8レンズの屈折率は、1.60である。
(1−4)レーザ照射テスト
実験器具 レーザコヒーレント社製 GEM-100A
レーザ光の出力 65W
DPを出たレーザ光の直径3.8mm
レーザ集光レンズ(f=37.5mm)からプラスチックレンズまでの距離を390mmとし、デフォーカスさせることにより、プラスチックレンズ上で直径35mmのスポット径
周辺領域のスキャン速度 33.4mm/s
中心領域のスキャン速度 66.8mm/s レンズ中心30mm×30mmの範囲の速度
実験方法 染料を塗布したレンズをステージにセットして、周辺領域と中心領域とでスキャン速度を変えた制御を行いながらレーザ光照射させる。スキャン速度はレーザ光軸が周辺領域にあるか中心領域にあるかにより変更を行う。
2.テスト結果
色の着色、基材表面のダメージ、透過率(色ムラ)について評価した。
(1)色の着色:レーザ光照射完了した後、アセトンを浸した布で拭きあげて、着色できているか確認した。色落ちも無く所望する濃度にて染色されていた。
(2)基材表面のダメージ:表面の反射を見て、照射した部分のダメージ(基材溶融による凸凹)がないか確認した。各色に染色されたレンズ表面を確認したが、何れもダメージはなかった。
(3)透過率:レンズ中心を基準として経線方向に±10mm,±20mm,±30mmの各位置を測定ポイントとして透過率を測定した。測定器は朝日分光(株)MODEL304を使用した。透過率の結果を表2に示す。透過率は各測定点で異なるものの、その差は10%
以内であり、目視による色ムラは判別できなかった。
<比較例1>
レンズの領域に関係なく一定のスキャン速度(33.4mm/s)としたこと以外は、全て実施例1と同じ条件である。
(1)色の着色:レーザ光照射完了した後、アセトンを浸した布で拭きあげて、着色できているか確認した。色落ちも無く所望する濃度にて染色されていた。
(2)基材表面のダメージ:表面の反射を見て、照射した部分のダメージ(基材溶融による凸凹)がないか確認した。各色に染色されたレンズ表面を確認したが、何れもダメージはなかった。
(3)透過率:実施例1同様に透過率の測定を行った。その結果を表2に示す。透過率は各測定点で異なるものの、その差は10%を越え、目視によって色ムラを確認することができた。
(1-3) Vapor-phase transfer-printed transfer paper and MR8 lens (S-2.50) were set on a jig and transferred to TTM-1000 for transfer work. At this time, the degree of vacuum was 0.5 kPa, and the temperature of the transfer paper was 225 ° C. The refractive index of the MR8 lens is 1.60.
(1-4) Laser irradiation test experimental equipment GEM-100A manufactured by Laser Coherent
Laser light output 65W
Diameter of laser beam exiting DP is 3.8mm
The distance from the laser condenser lens (f = 37.5 mm) to the plastic lens is set to 390 mm, and defocusing is performed, so that the scanning speed of the peripheral area of the spot diameter of 35 mm on the plastic lens is 33.4 mm / s.
Center area scan speed 66.8mm / s Lens center 30mm x 30mm speed experiment method Set the dye-coated lens on the stage, and control the laser while changing the scan speed between the peripheral area and the central area. Light is irradiated. The scan speed is changed depending on whether the laser optical axis is in the peripheral region or the central region.
2. Test results The coloration, substrate surface damage, and transmittance (color unevenness) were evaluated.
(1) Coloring: After completion of the laser beam irradiation, it was wiped off with a cloth soaked with acetone to check whether it was colored. There was no color fading and dyed at the desired density.
(2) Damage on the surface of the base material: It was confirmed whether or not there was any damage (irregularity due to base material melting) in the irradiated portion by looking at the reflection on the surface. The surface of the lens dyed in each color was confirmed, but none was damaged.
(3) Transmittance: Transmittance was measured at each position of ± 10 mm, ± 20 mm, and ± 30 mm in the meridian direction with respect to the center of the lens as measurement points. Asahi Spectroscope MODEL304 was used as a measuring instrument. The transmittance results are shown in Table 2. The transmittance is different at each measurement point, but the difference is 10%
The color unevenness by visual inspection could not be determined.
<Comparative Example 1>
All the conditions are the same as in Example 1 except that the scanning speed is constant (33.4 mm / s) regardless of the lens area.
(1) Coloring: After completion of the laser beam irradiation, it was wiped off with a cloth soaked with acetone to check whether it was colored. There was no color fading and dyed at the desired density.
(2) Damage on the surface of the base material: It was confirmed whether or not there was any damage (irregularity due to base material melting) in the irradiated portion by looking at the reflection on the surface. The surface of the lens dyed in each color was confirmed, but none was damaged.
(3) Transmittance: The transmittance was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2. Although the transmittance was different at each measurement point, the difference exceeded 10%, and color unevenness could be confirmed visually.
1 染色用基体
10 プラスチックレンズ
20 真空気相転写機
30 染色装置
32 移動ステージ
33 レーザ光原
36 反射ミラー
38 駆動機構
39 制御部
40 コントロール部
41 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate for dyeing | staining 10
Claims (6)
表面に染料が塗布された前記透明樹脂体に向けてレーザ光を照射し、該レーザ光を前記透明樹脂体に対して相対的に走査することにより前記透明樹脂体の染色予定領域を加熱して前記定着を行う加熱工程であって,該加熱工程は前記レーザ光の照射による前記透明樹脂体上の加熱温度が前記染色予定領域の全域において略同じ加熱温度となるように前記透明樹脂体上の加熱箇所に対するレーザ光照射条件を変更させながら加熱を行う工程を含むことを特徴とする染色方法。 In the dyeing method of fixing the dye to the transparent resin body by heating the transparent resin body coated with the dye on the surface,
Laser light is irradiated toward the transparent resin body coated with a dye on the surface, and the dyeing region of the transparent resin body is heated by scanning the laser light relative to the transparent resin body. A heating step for performing the fixing, wherein the heating step is performed on the transparent resin body so that the heating temperature on the transparent resin body by the irradiation of the laser light is substantially the same in the entire region to be dyed. The dyeing | staining method characterized by including the process of heating, changing the laser beam irradiation conditions with respect to a heating location.
前記加熱工程は前記透明樹脂体の前記染色予定領域における肉厚が厚い第1の領域に対して第1のレーザ光照射条件で照射するとともに前記第1領域の肉厚に対して相対的に薄い肉厚の領域となる第2の領域では前記第1レーザ光照射条件とは異なる第2のレーザ光照射条件にて前記レーザ光を照射して加熱を行うことを特徴とする染色方法。 The staining method according to claim 1, wherein
In the heating step, the first region of the transparent resin body having a large thickness in the region to be dyed is irradiated under the first laser light irradiation condition and is relatively thin with respect to the thickness of the first region. A staining method, wherein heating is performed by irradiating the laser beam under a second laser beam irradiation condition different from the first laser beam irradiation condition in a second region that is a thick region.
前記透明樹脂体に向けてレーザ光を照射するためのレーザ光照射手段と、該レーザ光照射手段により照射される前記レーザ光を前記透明樹脂体に対して相対的に走査するための走査手段と、前記透明樹脂体の染色予定領域に対して前記走査手段による相対的な前記レーザ光の走査が行われている間に前記レーザ光の照射による前記透明樹脂体上の加熱温度が前記染色予定領域の全域において略同じ加熱温度となるように前記透明樹脂体上の加熱箇所に対するレーザ光照射条件を変更して前記レーザ光を照射させるように制御するための制御手段と、を備えることを特徴とする染色装置。 In the dyeing apparatus for fixing the dye to the transparent resin body by heating the transparent resin body coated with the dye on the surface,
Laser light irradiation means for irradiating the transparent resin body with laser light; and scanning means for scanning the laser light irradiated by the laser light irradiation means relative to the transparent resin body; The heating temperature on the transparent resin body due to the irradiation of the laser light is changed to the dyeing-scheduled area while the laser beam is scanned relative to the dyeing-scheduled area of the transparent resin body. Control means for controlling to irradiate the laser beam by changing the laser beam irradiation condition for the heating spot on the transparent resin body so that the heating temperature is substantially the same in the entire region of Dyeing equipment to do.
前記制御手段は、前記透明樹脂体の厚みの変化に応じて前記レーザ光照射条件を変更することを特徴とする染色装置。 The staining apparatus according to claim 4, wherein
Before SL control means, dyeing apparatus characterized by changing the laser irradiation conditions in accordance with a change in thickness of the transparent resin body.
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